JP2013249846A - ウォームギヤ機構及びウォームギヤ機構を搭載した電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】バックラッシを低減するようにしたウォームギヤ機構の耐久性を高めるとともに、部品数を少なく組立工数を少なくすること。
【解決手段】ウォームギヤ機構44は、ウォーム80とトルク伝達用ウォームホイール90と補助ウォームホイール100とからなる。補助ウォームホイールの複数の歯103は、補助ウォームホイール100の回転方向へ、ばね特性を有した撓み変形が可能に構成される。ばね特性を有して撓み変形が可能な、複数の歯103は、前記回転方向へ撓んだ状態でウォーム80に接することによって、ウォーム80とトルク伝達用ウォームホイール90の少なくとも一方を回転可能な構成である。この結果、ウォーム80の歯81とトルク伝達用ウォームホイール90の歯93との間のバックラッシを低減することができる。
【選択図】図5
【解決手段】ウォームギヤ機構44は、ウォーム80とトルク伝達用ウォームホイール90と補助ウォームホイール100とからなる。補助ウォームホイールの複数の歯103は、補助ウォームホイール100の回転方向へ、ばね特性を有した撓み変形が可能に構成される。ばね特性を有して撓み変形が可能な、複数の歯103は、前記回転方向へ撓んだ状態でウォーム80に接することによって、ウォーム80とトルク伝達用ウォームホイール90の少なくとも一方を回転可能な構成である。この結果、ウォーム80の歯81とトルク伝達用ウォームホイール90の歯93との間のバックラッシを低減することができる。
【選択図】図5
Description
本発明は、ウォームギヤ機構及びウォームギヤ機構を搭載した電動パワーステアリング装置に関する。
電動パワーステアリング装置に搭載されているウォームギヤ機構は、電動モータに連結されたウォームと、負荷に連結されたトルク伝達用のウォームホイールとによって構成されている。電動モータが発生した補助トルクは、ウォームからウォームホイールを介して負荷に伝達される。このようなウォームギヤ機構においては、ウォームの歯とウォームホイールの歯との間のバックラッシを低減する技術が開発されてきた(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1で知られているウォームギヤ機構は、ウォームに噛合うウォームホイールを、回転軸方向に2個のギヤ(第1ギヤ及び第2ギヤ)に分割し、これらの2個のギヤの位相を互いにずらすことを可能にしたというものである。つまり、第1ギヤに対して第2ギヤは所定の角度だけ相対回転が可能である。第1ギヤの歯と第2ギヤの歯とによって、ウォームの歯の両面を挟み込むことにより、バックラッシが低減される。
具体的には次の2つの技術がある。第1の技術は、ウォームの歯の両面を各ギヤの歯によって挟み込んだ後に、第1ギヤに第2ギヤをボルト止めすることによって、各ギヤ同士の相対回転を規制するものである。第2の技術は、ウォームの歯の両面を第1ギヤの歯と第2ギヤの歯とによって挟み込む方向に、各ギヤ同士をスプリング及び関連部品によって付勢するものである。
しかしながら、特許文献1で知られているウォームギヤ機構は、ウォームホイールを回転軸方向に二分割したものなので、ウォームの歯に対するギヤ1個の歯の接触面積は半分以下になる。ウォームは、正回転したときには第1ギヤの歯にトルクを伝達し、逆回転したときには第2ギヤの歯にトルクを伝達する。ウォームギヤ機構の耐久性、特に耐摩耗性を高めるには、更なる検討の余地がある。
また、第1の技術は、第1ギヤの歯と第2ギヤの歯との相対位置を調整した後に、各ギヤ同士を固定する必要がある。これでは、ウォームギヤ機構の調整作業が面倒であるとともに、組立工数が増大する要因となる。しかも、それぞれの歯が摩耗することによりバックラッシが増大するので、再びバックラッシの調整作業が必要となる。また、第1の技術は、各ギヤ同士を固定するための複数のボルトが必要であり、部品数が増す要因となる。
一方、第2の技術は、各ギヤ同士を付勢するための部品(スプリング及び関連部品)が必要であり、部品数が増す要因となる。しかも、付勢するための部品を組み付けるための工数が必要なので、ウォームギヤ機構の組立工数が増大する。
本発明は、バックラッシを低減するようにしたウォームギヤ機構の耐久性を高めるとともに、部品数が少なく組立工数が少なくてすむ技術を提供することを課題とする。
請求項1に係る発明では、ウォームと、このウォームに噛み合うトルク伝達用ウォームホイールと、このトルク伝達用ウォームホイールに設けられる補助ウォームホイールとからなるウォームギヤ機構であって、前記補助ウォームホイールは、前記トルク伝達用ウォームホイールの回転中心線と同心に位置するとともに、前記ウォームに噛み合う複数の歯を有しており、この複数の歯は、前記補助ウォームホイールの回転方向へ、ばね特性を有した撓み変形が可能に構成されることにより、前記補助ウォームホイールの回転方向へ撓んだ状態で前記ウォームに接することで、前記ウォームと前記トルク伝達用ウォームホイールの少なくとも一方を回転可能な構成であることを特徴とする。
請求項2に係る発明では、前記ウォームの歯に前記トルク伝達用ウォームホイールの歯が接していないときには、前記補助ウォームホイールの複数の歯の少なくとも1つは、前記補助ウォームホイールの回転方向へ撓んだ状態で前記ウォームの歯に接していることを特徴とする。
請求項3に係る発明では、前記複数の歯の少なくとも1つは、常に前記補助ウォームホイールの回転方向へ撓んだ状態で前記ウォームの歯に接していることを特徴とする。
請求項4に係る発明では、前記ウォームを正転から逆転に切り替えることによって、逆転直前に前記ウォームに噛み合っていた前記トルク伝達用ウォームホイールの歯とは異なる歯に噛み合うまでの間には、前記複数の歯は、前記補助ウォームホイールの回転方向へ撓んだ状態で前記ウォームに接することを特徴とする。
請求項5に係る発明では、前記補助ウォームホイールは、前記複数の歯を含めて全体が樹脂によって一体に形成されていることを特徴とする。
請求項6に係る発明では、前記補助ウォームホイールは、前記トルク伝達用ウォームホイールに重ね合わされるとともに、互いの合わせ面に設けられた位置決め部によって位置決めされて、取り付けられる部品であり、前記位置決め部は、前記補助ウォームホイールの前記合わせ面と前記トルク伝達用ウォームホイールの前記合わせ面とのいずれか一方に形成された位置決め凹部と、前記補助ウォームホイールの前記合わせ面と前記トルク伝達用ウォームホイールの前記合わせ面とのいずれか他方に形成されて前記位置決め凹部に嵌め込み可能な位置決め凸部とからなることを特徴とする。
請求項7に係る発明では、前記位置決め凹部が位置している方の前記合わせ面は、前記回転中心線を基準とした円弧状の長溝を有しており、
前記位置決め凹部は、前記長溝の一部に位置し、
前記位置決め凸部は、前記長溝に嵌め込まれることにより、この長溝に沿って移動しながら前記位置決め凹部に位置することが可能であることを特徴とする。
前記位置決め凹部は、前記長溝の一部に位置し、
前記位置決め凸部は、前記長溝に嵌め込まれることにより、この長溝に沿って移動しながら前記位置決め凹部に位置することが可能であることを特徴とする。
請求項8に係る発明では、前記トルク伝達用ウォームホイールの前記合わせ面と前記補助ウォームホイールとの、少なくとも一方には前記回転中心線に沿って延びた掛け爪部を有するとともに、他方には前記掛け爪部を掛け止めるための掛け止め部を有し、前記掛け爪部が前記掛け止め部に掛け止められることにより、前記補助ウォームホイールは前記トルク伝達用ウォームホイールに取り付けられることを特徴とする。
請求項9に係る発明では、前記掛け爪部は、前記トルク伝達用ウォームホイールの前記合わせ面から前記回転中心線に沿って前記補助ウォームホイールに向かうように延びたアームと、このアームの先端から前記トルク伝達用ウォームホイールの前記合わせ面に沿うように突出した爪部とからなり、前記掛け止め部は、前記回転中心線に沿って前記補助ウォームホイールを貫通した、前記回転中心線を基準とする円弧状の貫通孔と、この貫通孔を形成する円弧状の縁に沿って前記補助ウォームホイールの非合わせ面に形成された傾斜面とからなり、前記貫通孔は、前記アーム及び前記爪部が同時に挿通可能な第1貫通孔と、この第1貫通孔に連なるとともに前記アームだけが貫通可能な第2貫通孔とからなり、前記傾斜面は、前記第1貫通孔と前記第2貫通孔との境界を、前記補助ウォームホイールの前記非合わせ面から最も深い傾斜始点とし、この傾斜始点から前記第2貫通孔に沿いつつ前記補助ウォームホイールの前記非合わせ面まで傾斜しながら延び、この延びた傾斜端を前記非合わせ面に連なった傾斜終点としており、前記爪部は、前記アームと共に前記第1貫通孔を挿通された後に、前記補助ウォームホイールに対して前記回転中心線を基準に相対的に回されることで、前記傾斜面に案内されながら前記非合わせ面に位置したときに、この非合わせ面に弾性を有して掛け止められる構成であることを特徴とする。
請求項10に係る発明では、前記爪部が前記非合わせ面に掛け止められたときに、前記位置決め凸部は前記位置決め凹部に位置する構成であることを特徴とする。
請求項11に係る発明では、前記トルク伝達用ウォームホイールと前記アームと前記爪部とを樹脂で一体に成形し、前記爪部は、前記アームから前記回転中心線に向かって突出していることを特徴とする。
請求項12に係る発明では、請求項1から請求項11までのいずれか1項のウォームギヤ機構と、車両のステアリングホイールから操舵車輪に至るステアリング系と、トルクを発生するとともにこのトルクを前記ウォームギヤ機構を介して前記ステアリング系に伝える電動モータと、を備えたことを特徴とするウォームギヤ機構を搭載した電動パワーステアリング装置である。
請求項1に係る発明では、ウォームと、このウォームから負荷にトルクを伝達するためのトルク伝達用ウォームホイールと、ウォームの歯とトルク伝達用ウォームホイールの歯との間のバックラッシを低減するための補助ウォームホイールとによって、ウォームギヤ機構が構成される。このため、トルク伝達用ウォームホイールは、トルクを伝達する機能を有していればよいので、十分な強度を有するように容易に設計することが可能である。この結果、ウォームギヤ機構の耐久性を容易に高めることができる。
さらに、請求項1に係る発明では、補助ウォームホイールの複数の歯は、補助ウォームホイールの回転方向(正転方向及び逆転方向の両方)へ「ばね特性」を有した撓み変形が可能に構成される。歯のばね特性とは、歯に加わる荷重と、この荷重によって生じる歯の撓み量とに、予め設定された一定の特性を有している(つまり、歯自体が「ばねの機能」を有している)ことをいう。ばね特性を有して撓み変形が可能な複数の歯は、前記回転方向へ撓んだ状態でウォームに接することによって、ウォームとトルク伝達用ウォームホイールの少なくとも一方を回転可能な構成である。この結果、トルク伝達用ウォームホイールまたは補助ウォームホイールを回転させることにより、ウォームとトルク伝達用ウォームホイールとを接触させて、ウォームの歯とトルク伝達用ウォームホイールの歯との間のバックラッシを低減することができる。
このように、請求項1に係る発明では、補助ウォームホイールの複数の歯自体が、ばね特性を有して撓み変形可能なので、バックラッシを低減するための別個の部品は必要ない。従って、バックラッシを低減するようにしたウォームギヤ機構の構成を簡略化することができ、部品数を少なくすることができるとともに、組立工数を少なくすることができる。
請求項2に係る発明では、少なくともウォームの歯にトルク伝達用ウォームホイールの歯が接するまでは、補助ウォームホイールの複数の歯の少なくとも1つは、補助ウォームホイールの回転方向へ撓んだ状態でウォームの歯に接している。つまり、複数の歯の少なくとも1つは、ウォームとトルク伝達用ウォームホイールの少なくとも一方を、前記回転方向へ付勢する。この結果、ウォームの歯とトルク伝達用ウォームホイールの歯との間のバックラッシの影響を確実に低減することができる。
請求項3に係る発明では、補助ウォームホイールの複数の歯の少なくとも1つは、常に補助ウォームホイールの回転方向へ撓んだ状態でウォームの歯に接している。このため、ウォームとトルク伝達用ウォームホイールとの間で、トルクの伝達が無いときには、複数の歯の少なくとも1つは、ウォームとトルク伝達用ウォームホイールの少なくとも一方を、前記回転方向へ付勢する。
例えば、ウォームからトルク伝達用ウォームホイールにトルクが伝達されていないときに、トルク伝達用ウォームホイールが外力により逆転されて、ウォームに当たる場合が有り得る。しかし、補助ウォームホイールの複数の歯が、補助ウォームホイールの回転方向へ撓んだ状態でウォームの歯に接している。このため、逆転したトルク伝達用ウォームホイールの歯は、ウォームの歯に衝当することなく、緩やかに当たって噛合う。歯同士が当たることによる打音の発生を防止することができる。さらには、ウォームからトルク伝達用ウォームホイールにトルクが伝達されていないときに、トルク伝達用ウォームホイールが外力により逆転されることを、ばね特性を有している歯によって抑制し続ける。このため、ウォームの歯とトルク伝達用ウォームホイールの歯との間のバックラッシの影響を確実に低減することができる。
さらには、ウォームギヤ機構を長期間にわたって使用することにより、ウォームの歯やトルク伝達用ウォームホイールの歯が摩耗して、バックラッシが増大しようとした場合であっても、補助ウォームホイールの複数の歯が、補助ウォームホイールの回転方向へ撓んだ状態でウォームの歯に接している。このため、バックラッシの調整作業をする必要はない。
請求項4に係る発明では、ウォームを正転から逆転に切り替えた場合に、逆転したウォームの歯はトルク伝達用ウォームホイールの歯に緩やかに接触する。歯同士が当たることによる打音の発生を抑制することができる。
請求項5に係る発明では、補助ウォームホイールは、複数の歯を含めて全体が樹脂によって一体に形成されている。このため、補助ウォームホイールの生産性を高めることができる。
請求項6に係る発明では、トルク伝達用ウォームホイールに補助ウォームホイールを重ね合わせ、位置決め凹部に位置決め凸部を嵌め込むことにより、トルク伝達用ウォームホイールに補助ウォームホイールを位置決めして、取り付けることができる。このため、位置決め凹部に位置決め凸部を嵌め込むことによって、トルク伝達用ウォームホイールの歯に対する補助ウォームホイールの歯の相対的な位置を、最適な位置に容易に設定することができる。このように互いに一体化された各ウォームホイールを、ウォームに組み付けることによって、ウォームとトルク伝達用ウォームホイールの少なくとも一方は、補助ウォームホイールの回転方向へ、予め付勢される(プリロードの設定)。
請求項7に係る発明では、位置決め凹部は、補助ウォームホイールの回転中心線を基準とした円弧状の長溝の一部に位置している。このため、円弧状の長溝に位置決め凸部を嵌め込んだ後に、トルク伝達用ウォームホイールと補助ウォームホイールのいずれか一方を、回転中心線を基準として回すことにより、長溝に位置している位置決め凹部に位置決め凸部が嵌る。作業者は、トルク伝達用ウォームホイールの歯に対する補助ウォームホイールの歯の相対的な位置を、目視することなく最適な位置に確実に且つ容易に設定することができる。従って、組立工数を低減することができる。
請求項8に係る発明では、トルク伝達用ウォームホイールに補助ウォームホイールを重ね合わせることにより、掛け止め部に掛け爪部が掛け止まる。この結果、トルク伝達用ウォームホイールに補助ウォームホイールを確実に且つ容易に組み付けることができる。組み付けられた補助ウォームホイールは、トルク伝達用ウォームホイールに対して軸方向に変位することなく、安定した組み付け状態を維持する。
請求項9に係る発明では、アーム及び爪部を第1貫通孔に挿通した後に、補助ウォームホイールに対して回転中心線を基準に相対的に回すことによって、爪部は傾斜面に案内されながら補助ウォームホイールの非合わせ面に位置する。この結果、爪部は非合わせ面に弾性を有して掛け止まる。このように、トルク伝達用ウォームホイールに対して補助ウォームホイールを重ね合わせて、相対的に回すだけの作業によって、トルク伝達用ウォームホイールに補助ウォームホイールを一体的に取り付けることができるので、組み付け性が良い。
請求項10に係る発明では、爪部を非合わせ面に掛け止めると同時に、位置決め凸部が位置決め凹部に嵌る。トルク伝達用ウォームホイールに対して補助ウォームホイールを重ね合わせて、相対的に回すだけの作業によって、トルク伝達用ウォームホイールに補助ウォームホイールを取り付けるとともに、トルク伝達用ウォームホイールの歯に対する補助ウォームホイールの歯の相対的な位置を、最適な位置に確実に且つ容易に設定することができる。このため、組み付け性が良い。
請求項11に係る発明では、トルク伝達用ウォームホイールとアームと爪部とを樹脂で一体に成形した。爪部がアームから回転中心線に向かって突出しているので、トルク伝達用ウォームホイールを成形するための成形用金型を、回転中心線に沿った2分割品とすることができる。このため、トルク伝達用ウォームホイールの生産性を高めることができる。
請求項12に係る発明では、電動パワーステアリング装置において、電動モータで発生したトルクをステアリング系に伝達する動力伝達機構として、バックラッシを除去したウォームギヤ機構を採用したので、動力伝達機構の耐久性を、より高めることができる。
さらには、ウォームギヤ機構のバックラッシを除去することによって、ステアリングホイールを操舵するときの歯同士の打音の発生を、より抑制することができ、この結果、車室内の騒音を一層低減することができる。例えば、車両の直進走行時には、ウォームからトルク伝達用ウォームホイールにトルクが伝達されない。この走行状態において、車両の走行振動の影響を受けて歯同士が当たって打音を発生することを、極力抑制することができる。
さらに請求項12に係る発明では、ウォームギヤ機構のバックラッシを除去することによって、ウォームに対するトルク伝達用ウォームホイールの良好な噛合い状態を維持することができる。このため、ステアリングホイールを切り返し操作したときに、ウォームギヤ機構からステアリング系に補助トルクが伝達される時間遅れの発生を抑制することができる。さらには、バックラッシを除去したので、ウォームによってトルク伝達用ウォームホイールを回転させた場合に、歯同士が衝当することなく、緩やかに当たって噛合うので、ステアリングホイールの切り返し作動を良好にすることができる。このようなことから、電動パワーステアリング装置の操舵感覚(操舵フィーリング)を、より高めることができる。
本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。
実施例に係るウォームギヤ機構を電動パワーステアリング装置に搭載した例を説明する。
図1に示されるように、電動パワーステアリング装置10は、車両のステアリングホイール21から車両の操舵車輪29,29(例えば前輪)に至るステアリング系20と、このステアリング系20に補助トルクを加える補助トルク機構40とからなる。
ステアリング系20は、ステアリングホイール21にステアリングシャフト22及び自在軸継手23,23を介してピニオン軸(入力軸)24を連結し、ピニオン軸24にラックアンドピニオン機構25を介してラック軸26を連結し、ラック軸26の両端に左右のタイロッド27,27及びナックル28,28を介して左右の操舵車輪29,29を連結したものである。
ラックアンドピニオン機構25は、ピニオン軸24に形成されたピニオン31と、ラック軸26に形成されたラック32とからなる。
ステアリング系20によれば、運転者がステアリングホイール21を操舵することで、この操舵トルクによりラックアンドピニオン機構25及び左右のタイロッド27,27を介して、左右の操舵車輪29,29を操舵することができる。
補助トルク機構40は、ステアリングホイール21に加えたステアリング系20の操舵トルクを操舵トルクセンサ41で検出し、この操舵トルクセンサ41のトルク検出信号に基づき制御部42で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動モータ43で発生し、この補助トルクをウォームギヤ機構44を介してピニオン軸24に伝達し、さらに、補助トルクをピニオン軸24からステアリング系20のラックアンドピニオン機構25に伝達するようにした機構である。
操舵トルクセンサ41は、ピニオン軸24に加えられたトルクを検出し、トルク検出信号として出力するものであり、例えば磁歪式トルクセンサやトーションバー式トルクセンサによって構成される。
電動パワーステアリング装置10によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ43の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸26で操舵車輪29,29を操舵することができる。
図2に示されるように、ハウジング51は車幅方向(図左右方向)に延びており、ラック軸26を軸方向にスライド可能に収容している。ラック軸26は、ハウジング51から突出した長手方向両端にボールジョイント52,52を介してタイロッド27,27を連結されている。
図3に示されるように、電動パワーステアリング装置10は、ピニオン軸24、ラックアンドピニオン機構25、操舵トルクセンサ41及びウォームギヤ機構44をハウジング51に収納し、ハウジング51の上部開口を上部カバー部53で塞いだものである。操舵トルクセンサ41は、上部カバー部53に取付けたものである。
ハウジング51は、上下に延びるピニオン軸24の上部、長手中央部及び下端を3個の軸受55〜57を介して回転可能に支承したものであり、さらに電動モータ43を取付けるとともに、ラックガイド70を備えている。
ラックガイド70は、ラック32と反対側からラック軸26に当てるガイド部71と、このガイド部71を圧縮ばね72を介して押す調整ボルト73とからなる、押圧手段である。
図4に示されるように、電動モータ43は、横向きのモータ軸43aを備えるとともに、ハウジング51に取付けたものである。モータ軸43aはハウジング51内に延びて、カップリング45によりウォーム軸46に連結されている。ハウジング51は、水平に延びるウォーム軸46の両端部を、軸受47,48を介して回転可能に支承している。
図3及び図4に示されるように、ウォームギヤ機構44は、電動モータ43で発生した補助トルクをピニオン軸24に伝達する補助トルク伝達機構、すなわち倍力機構である。詳しく述べると、ウォームギヤ機構44は、ウォーム80と、このウォーム80に噛み合うトルク伝達用ウォームホイール90と、このトルク伝達用ウォームホイール90に設けられる補助ウォームホイール100とからなる。補助ウォームホイール100は、ウォーム80とトルク伝達用ウォームホイール90との間の、バックラッシを除去するために設けた補助的な歯車である。以下、トルク伝達用ウォームホイール90のことを適宜「伝達用ホイール90」といい、補助ウォームホイール100のことを適宜「補助ホイール100」という。
ウォーム80はウォーム軸46に一体に形成されている。伝達用ホイール90はピニオン軸24に取り付けられている。駆動側のウォーム80に伝達用ホイール90を噛合わせることによって、ウォーム80から伝達用ホイール90を介して負荷にトルクを伝達することができる。
図5は、図3に対応させてウォームギヤ機構44の左半分のみを示している。図5〜図8に示されるように、伝達用ホイール90は、ピニオン軸24に嵌合される円筒状のボス部91と、ボス部91の外周部分に一体に形成された円盤状のホイール本体92と、ホイール本体92の外周面に全周にわたって形成された複数の歯93とからなる、一体成形品の歯車である。このような伝達用ホイール90は、少なくとも複数の歯93を含めてホイール本体92が樹脂の成型品によって構成される。つまり、伝達用ホイール90は、全体が樹脂による成型品によって構成されるか、または、ホイール本体92が樹脂の成型品によって構成されるとともにボス部91が金属材料によって構成される。なお、伝達用ホイール90は、成形用型によって製造する以外の手法(例えばホブ等で削る)で製造してもよい。
ピニオン軸24は、伝達用ホイール90を、相対的な軸方向移動を規制するとともに、スプライン又はセレーションによって相対回転を規制して結合することになる。伝達用ホイール90の回転中心線CLは、ピニオン軸24の軸線に合致する。
図5〜図8に示されるように、伝達用ホイール90と補助ホイール100とは、回転中心線CLに沿って一列に配列されている。補助ホイール100の回転中心線(中心)は、伝達用ホイール90の回転中心線CLと同一である。補助ホイール100は、伝達用ホイール90の一方の面94(ホイール本体92の一方の面94)に重ね合わされるとともに、相対的な軸方向移動と相対回転の両方が規制されて取り付けられている。この補助ホイール100は、伝達用ホイール90よりも薄肉の環状の部材であって、外周面に全周にわたって形成された複数の歯103を有している。補助ホイール100の歯103の歯数は、伝達用ホイール90の歯93の歯数と同じである。
さらに、補助ホイール100は、複数の歯103を含めて全体が樹脂によって一体に形成されている。このため、補助ホイール100の生産性を高めることができる。
ここで、次のように定義する。図6に示されるように、伝達用ホイール90の一方の面94、つまり補助ホイール100が重ね合わされる面94のことを「伝達用ホイール90の合わせ面94」という。補助ホイール100の一方の面104、つまり伝達用ホイール90に重ね合わされる面104のことを「補助ホイール100の合わせ面104」という。補助ホイール100の他方の面105、つまり合わせ面104とは反対側の面のことを「補助ホイール100の非合わせ面105」という。
図5〜図8に示されるように、補助ホイール100は、伝達用ホイール90に重ね合わされるとともに、互いの合わせ面94,104に設けられた複数(実施例では3個)の位置決め部110によって位置決めされて、取り付けられる部品である。各位置決め部110は、位置決め凹部111と位置決め凸部112とからなる。位置決め凹部111は、伝達用ホイール90の合わせ面94と補助ホイール100の合わせ面104とのいずれか一方に形成されている。位置決め凸部112は、伝達用ホイール90の合わせ面94と補助ホイール100の合わせ面104とのいずれか他方に形成されており、位置決め凹部111に嵌め込み可能である。実施例では、位置決め凹部111は補助ホイール100の合わせ面104に形成され、位置決め凸部112は伝達用ホイール90の合わせ面94に形成されている。この位置決め凸部112は円形断面のピンからなる。位置決め凹部111の径は、位置決め凸部112の径よりも若干大きい。
図9は補助ホイール100を非合わせ面105側から見た図として表している。図10は補助ホイール100を合わせ面104側から見たとして表している。図11(a)は、上から見た位置決め部110、掛け爪部121及び掛け止め部131を回転中心線CLを基準として周方向に展開して表している。図11(b)は、図11(a)に示された掛け爪部121と掛け止め部131の関係を、側方から見た断面図として表している。図11(c)は、図11(a)に示された位置決め部110を、側方から見た断面図として表している。
図7〜図11に示されるように、複数の位置決め凹部111が位置している方の合わせ面104、つまり補助ホイール100の合わせ面104は、回転中心線CLを基準とした複数(実施例では3個)の円弧状の長溝113を有している。これらの長溝113は、回転中心線CLを基準とした同心円に全て配列されている。各位置決め凹部111は、それぞれ長溝113の一部に位置している。長溝113の溝幅は位置決め凸部112の径よりも若干大きい。各位置決め凸部112は、各長溝113に嵌め込まれることにより、この長溝113に沿って移動しながら位置決め凹部111に位置することが可能である。位置決め凸部112が長溝113に案内されて変位する構成なので、伝達用ホイール90に対して補助ホイール100を相対的に回したときに、伝達用ホイール90と補助ホイール100との位置合わせは容易である。
各置決め凸部112は、軸方向断面で見たときに、先端が根本に比べて小さい先細り形状となっており、各長溝113は、軸方向断面で見たときに、溝の底が溝の先端に比べて小さい先細り形状となっている。これにより、位置決め凸部112と長溝113とを容易に嵌め込むことが可能となり、位置合わせが容易となる。なお、位置決め凸部112と長溝113の、少なくとも一方が咲き細り形状となっていればよい。
各置決め凸部112は、軸方向断面で見たときに、先端が根本に比べて小さい先細り形状となっており、各長溝113は、軸方向断面で見たときに、溝の底が溝の先端に比べて小さい先細り形状となっている。これにより、位置決め凸部112と長溝113とを容易に嵌め込むことが可能となり、位置合わせが容易となる。なお、位置決め凸部112と長溝113の、少なくとも一方が咲き細り形状となっていればよい。
図6〜図8に示されるように、伝達用ホイール90の合わせ面94は、回転中心線CLに沿って補助ホイール100に向かうように延びた複数(実施例では3個)の掛け爪部121を有している。補助ホイール100は、複数の掛け爪部121を掛け止めるための、複数(実施例では3個)の掛け止め部131を有している。各掛け爪部121がそれぞれの掛け止め部131に掛け止められることにより、補助ホイール100は伝達用ホイール90に取り付けられる。
各々の掛け爪部121は、伝達用ホイール90の合わせ面94から回転中心線CLに沿って補助ホイール100に向かうように延びたアーム122と、このアーム122の先端から伝達用ホイール90の合わせ面94に沿うように突出した爪部123とからなる。この爪部123は、図5〜図7に示されるように、アーム122から回転中心線CLに向かって突出している。
各々の掛け止め部131は、回転中心線CLに沿って補助ホイール100を貫通した、回転中心線CLを基準とする円弧状の貫通孔132と、この貫通孔132を形成する円弧状の縁133に沿って、補助ホイール100の非合わせ面105に形成された傾斜面134とからなる。各々の貫通孔132は、アーム122及び爪部123が同時に挿通可能な第1貫通孔135と、この第1貫通孔135に連なるとともにアーム122だけが貫通可能な第2貫通孔136とからなる。
図9及び図11(b)に示されるように、傾斜面134は、第1貫通孔135と第2貫通孔136との境界134aを、補助ホイール100の非合わせ面105から最も深い傾斜始点134aとし、この傾斜始点134aから第2貫通孔136に沿いつつ補助ホイール100の非合わせ面105まで傾斜しながら延び、この延びた傾斜端134bを非合わせ面105に連なった傾斜終点134bとしている。
爪部123は、アーム122と共に第1貫通孔135を挿通された後に、補助ホイール100に対して回転中心線CLを基準に相対的に回されることで、傾斜面134に案内されながら非合わせ面105に位置したときに、図5に示されるように、非合わせ面105に弾性を有して掛け止められる構成である。
つまり、図6に示されるように、伝達用ホイール90の合わせ面94から爪部123の下面123aまでの高さHiは、補助ホイール100の合わせ面104から非合わせ面105までの厚みThよりも、若干小さく設定されている。このため、爪部123が傾斜面134に案内されながら非合わせ面105まで達したときに、補助ホイール100は第2貫通孔136に沿いつつ、伝達用ホイール90の合わせ面94へ向かい弾性を有して若干撓む。従って、爪部123は非合わせ面105に弾性を有して掛け止められる。
さらには、図5及び図8に示されるように、掛け爪部121の爪部123(図7参照)が非合わせ面105に掛け止められたときに、位置決め凸部112は位置決め凹部111に位置する構成である。詳しく説明すると、図8〜図10に示されるように、各々の位置決め部110は、回転中心線CLを基準として円周方向に等ピッチで配列されている。各々の掛け爪部121及び掛け止め部131も、回転中心線CLを基準として円周方向に等ピッチで配列されている。さらに、全ての掛け爪部121及び全ての掛け止め部131は、回転中心線CLを基準とした同心円に配列されるとともに、各々の位置決め部110よりも回転中心線CL寄りに位置している。
なお、各々の位置決め部110と各々の掛け爪部121と各々の掛け止め部131とは、円周方向に等ピッチで配列されていなくてもよい。
なお、各々の位置決め部110と各々の掛け爪部121と各々の掛け止め部131とは、円周方向に等ピッチで配列されていなくてもよい。
各々の第1貫通孔135の中心P1(回転中心線CLを基準とした円周方向の中心P1)を、第1基準点P1とする。各々の第1基準点P1は等角度θ1で配列されている。各々の第1貫通孔135の円周方向の幅は、アーム122及び爪部123の幅よりも大きく設定されている。
円弧状の長溝113は、一端が第1基準点P1に位置し、他端が第2基準点P2に位置している。全ての長溝113は、第1基準点P1から同じ方向へ延びている。第1基準点P1から第2基準点P2までの角度はθ2である。つまり、長溝113の範囲(長さ)は角度θ2である。位置決め凹部111は第2基準点P2に位置している。この位置決め凹部111の深さは長溝113の深さよりも大きく設定されることが、より好ましい。
全ての貫通孔132は、第1基準点P1から同じ方向へ延びるとともに、長溝113に沿っている。円弧状の貫通孔132の範囲(長さ)は、角度θ2よりも大きい。傾斜面134の傾斜終点134bは、第2基準点P2よりも第1基準点P1寄りに位置している。
次に、伝達用ホイール90に対する補助ホイール100の位置合わせ及び取り付けの手順について、図11〜図13に基づき説明する。
先ず、図11(b)に示されるように、伝達用ホイール90の合わせ面94の上に補助ホイール100を位置合わせするとともに、掛け爪部121の位置を第1貫通孔135に合わせる。このときに、位置決め凸部112、長溝113の一端、掛け爪部121、第1貫通孔135は、全て第1基準点P1に位置する。
なお、位置決め凸部112、円弧状の長溝113の一端、掛け爪部121、第1貫通孔135は、全て第1基準点P1に位置する例を挙げたが、位置決め凸部112と円弧状の長溝113の一端とが同じ位置にあり、さらに掛け爪部121と第1貫通孔135とが同じ位置にあればよい。つまり、位置決め凸部112と円弧状の長溝113の一端の位置は、掛け爪部121と第1貫通孔135とは同じ位置と、同じでなくてもよい。
次に、伝達用ホイール90の合わせ面94に補助ホイール100を重ねつつ、第2基準点P2へ向かって回していく。この途中段階を図12に示す。
先ず、図11(b)に示されるように、伝達用ホイール90の合わせ面94の上に補助ホイール100を位置合わせするとともに、掛け爪部121の位置を第1貫通孔135に合わせる。このときに、位置決め凸部112、長溝113の一端、掛け爪部121、第1貫通孔135は、全て第1基準点P1に位置する。
なお、位置決め凸部112、円弧状の長溝113の一端、掛け爪部121、第1貫通孔135は、全て第1基準点P1に位置する例を挙げたが、位置決め凸部112と円弧状の長溝113の一端とが同じ位置にあり、さらに掛け爪部121と第1貫通孔135とが同じ位置にあればよい。つまり、位置決め凸部112と円弧状の長溝113の一端の位置は、掛け爪部121と第1貫通孔135とは同じ位置と、同じでなくてもよい。
次に、伝達用ホイール90の合わせ面94に補助ホイール100を重ねつつ、第2基準点P2へ向かって回していく。この途中段階を図12に示す。
図12は図11に対応するように表されており、組立途中の段階を示している。図12(a)は、位置決め凸部112及び掛け爪部121が第1基準点P1から第2基準点P2へ向かって変位した状態を表している。図12(b)は、図12(a)に示された掛け爪部121と掛け止め部131の関係を、側方から見た断面図として表している。図12(c)は、図12(a)に示された位置決め部110を、側方から見た断面図として表している。
図12(a),(b)に示されるように、爪部123は傾斜面134に接している。この状態から更に、伝達用ホイール90に対し補助ホイール100を第2基準点P2へ向かって回していく。この結果、爪部123は傾斜面134に案内されて補助ホイール100の非合わせ面105側へ変位する。このため、補助ホイール100は伝達用ホイール90の合わせ面94に接近していき、最後に合わせ面94に重ね合わされる。その後、伝達用ホイール90に対し補助ホイール100を第2基準点P2へ向かって更に回していく。この結果、爪部123は第2基準点P2に達する。この組立最終段階を図13に示す。
図13は図8及び図12に対応するように表されており、組立最終段階を示している。図13(a)は、位置決め凸部112及び掛け爪部121が第2基準点P2に到達した状態を表している。図13(b)は、図13(a)に示された掛け爪部121と掛け止め部131の関係を、側方から見た断面図として表している。図13(c)は、図13(a)に示された位置決め部110を、側方から見た断面図として表している。
図8及び図13に示されるように、爪部123は第2基準点P2に達することによって、非合わせ面105に掛け止められている。このときに、位置決め凸部112は第2基準点P2に位置することによって、位置決め凹部111に嵌め込まれる。このときに、嵌め込まれた瞬間に嵌め込みに伴う振動や嵌め込み音が発生し、組立作業者は目視せずとも組み立てが完了したことを認識可能となる。これで、伝達用ホイール90に対する補助ホイール100の位置合わせ及び取り付けの作業を完了する。つまり、伝達用ホイール90に対して補助ホイール100を角度θ2(回し角θ2)だけ相対的に回すことにより、ホイール90,100同士の位置合わせ及び組立を行うことができる。
このようにして、伝達用ホイール90に補助ホイール100を重ね合わせ、位置決め凹部111に位置決め凸部112を嵌め込むことにより、伝達用ホイール90に補助ホイール100を位置決めして、取り付けることができる。このため、図4に示されるように、位置決め凹部111に位置決め凸部112を嵌め込むことによって、伝達用ホイール90の歯93に対する補助ホイール100の歯103の相対的な位置を、最適な位置に容易に設定することができる。このように互いに一体化された各ホイール90,100を、ウォーム80に組み付けることによって、ウォーム80と伝達用ホイール90の少なくとも一方は、補助ホイール100の回転方向へ、予め付勢される(プリロードの設定)。
さらには、位置決め凹部111は、補助ホイール100の回転中心線CLを基準とした円弧状の長溝113の一部に位置している。このため、円弧状の長溝113に位置決め凸部112を嵌め込んだ後に、伝達用ホイール90と補助ホイール100のいずれか一方を、回転中心線CLを基準として回すことにより、長溝113に位置している位置決め凹部111に位置決め凸部112が嵌る。作業者は、伝達用ホイール90の歯93に対する補助ホイール100の歯103の相対的な位置を、目視することなく最適な位置に確実に且つ容易に設定することができる。従って、組立工数を低減することができる。
さらには、伝達用ホイール90に補助ホイール100を重ね合わせることにより、掛け止め部131に掛け爪部121が掛け止まる。この結果、伝達用ホイール90に補助ホイール100を確実に且つ容易に組み付けることができる。組み付けられた補助ホイール100は、伝達用ホイール90に対して軸方向に変位することなく、安定した組み付け状態を維持する。
さらには、アーム122及び爪部123を第1貫通孔135に挿通した後に、補助ホイール100に対して回転中心線CLを基準に相対的に回すことによって、爪部123は傾斜面134に案内されながら補助ホイール100の非合わせ面105に位置する。この結果、爪部123は非合わせ面105に弾性を有して掛け止まる。このように、伝達用ホイール90に対して補助ホイール100を重ね合わせて、相対的に回すだけの作業によって、伝達用ホイール90に補助ホイール100を一体的に取り付けることができるので、組み付け性が良い。
さらには、爪部123を非合わせ面105に掛け止めると同時に、位置決め凸部112が位置決め凹部111に嵌る。伝達用ホイール90に対して補助ホイール100を重ね合わせて、相対的に回すだけの作業によって、伝達用ホイール90に補助ホイール100を取り付けるとともに、伝達用ホイール90の歯93に対する補助ホイール100の歯103の相対的な位置を、最適な位置に確実に且つ容易に設定することができる。このため、組み付け性が良い。
ところで、図5〜図7に示されるように、伝達用ウォームホイール90とアーム122と爪部123とは、樹脂によって一体に成形された成型品である。爪部123は、アーム122から回転中心線CLに向かって突出している。このため、図14に示されるように、伝達用ホイール90を成形するための成形用金型140を、回転中心線CLに沿った2分割品、つまり上型141と下型142とすることができる。このため、伝達用ホイール90の生産性を高めることができる。
次に、ウォーム80と伝達用ホイール90と補助ホイール100との噛み合い関係について、図15に基づき説明する。
図15(a)は、図4に示されたウォーム80と伝達用ホイール90と補助ホイール100との噛み合い関係を側方から、つまり図4の矢視線15方向から見て表している。なお、図15(a)では、伝達用ホイール90を想像線によって示している。また、補助ホイール100については歯103だけを示している。
図15(b)は図15(a)のb−b線断面図である。図15(c)は図15(a)のc−c線断面図であって、伝達用ホイール90の歯幅方向中心線Lwに沿った断面構成を示している。図15(d)は図15(a)のd−d線断面図であって、伝達用ホイール90の合わせ面94に沿った断面構成を示している。
図4及び図15(a)に示されるように、ウォーム80と伝達用ホイール90との軸角(交差角)は90°ではなく、「90°±β°」である。ここで、角度βのことを「斜交角β」と言うことにする。このため、ウォームギヤ機構44の噛合い作用線WL(ウォーム80の回転中心線WL)は、一般的なウォームギヤ機構に対して伝達用ホイール90の軸平面(伝達用ホイール90の歯幅方向中心線Lw)から±β°の傾きを持つことになる。このため、ウォーム80と噛み合う、伝達用ホイール90の歯93のそれぞれの噛み合い点は、伝達用ホイール90の同一軸平面上にない。このようなウォームギヤ機構44は、いわゆる「斜交軸ウォームギヤ機構」である。
ウォーム80は金属製品、例えば機械構造用炭素鋼鋼材(JIS−G−4051)等の鉄鋼製品である。一方、伝達用ホイール90及び補助ホイール100は、ナイロン樹脂等の樹脂製品である。金属製品のウォーム80に樹脂製品のホイール90,100を噛合わせるようにしたので、噛合いを比較的円滑にすることができるとともに、騒音をより低減させることができる。さらには、ウォーム80は金属製品であるから剛性が大きく弾性変形し難い。これに対して、ホイール90,100は樹脂製品であるから比較的剛性が小さく、ウォーム80よりも弾性変形し易い。
ホイール90,100の歯93,103は「平歯」である。このため、樹脂成型を行うときに、型抜きを簡単に行うことができる。
図15(b)に示されるように、補助ホイール100の外径Daは、伝達用ホイール90の外径Dtよりも大きく設定されている。詳しく述べると、伝達用ホイール90はウォーム80の真横に位置して噛み合っている。補助ホイール100の歯103は、伝達用ホイール90の合わせ面94に沿ってウォーム80の真上まで延びており、ウォーム80の真上で互いに噛み合っている。
この歯103は、歯先部分(伝達用ホイール90よりも径外方へ延びている部分)だけがウォーム軸46の上に向かって突出するとともに、他の部分が窪んでおり、図5及び図6に示されるように、突出した下端面103uは補助ホイール100の合わせ面104の高さに一致している。つまり、歯103の歯先部分の歯幅は、補助ホイール100の合わせ面104から非合わせ面105までの厚みThと同じである。このように歯103に窪み部103d(図6参照)を設けたので、歯103が補助ホイール100の回転方向に撓むときに、伝達用ホイール90の合わせ面94に接することなく、円滑に撓むことができる。
図15(a)に示されるように、ウォーム80は、ねじ山81(つまり、歯81)が例えば1条で設定されるとともに、ねじ山81のピッチが一定に設定されている。ウォーム80の歯形及び伝達用ホイール90の歯形は、インボリュート又はほぼ台形のウォームの歯形である。インボリュート又はほぼ台形のウォーム80の歯形に対して、伝達用ホイール90の歯形を同じ形状にして創成歯切りすることにより、伝達用ホイール90の歯形を得ることができる。ウォーム80の歯81の圧力角に対して、伝達用ホイール90の歯93の圧力角は同じである。
図7及び図8に示されるように、補助ホイール100の歯形は、歯厚が概ね一定である略平板状の歯形である。つまり、補助ホイール100の歯103は、歯末の歯厚よりも歯元の歯厚が若干大きい。しかも、この歯103の「歯たけ」(歯先円と歯底円との半径方向距離)は、伝達用ホイール90の歯93の「歯たけ」よりも大きい。このため、補助ホイール100の歯103は、伝達用ホイール90の歯93に比べて、歯厚方向(補助ホイール100の回転方向)へ弾性変形し易い。また、補助ホイール100の歯形は、径方向で見ると略長方形であるため、軸方向(回転中心線CL方向)に変形しづらいので、軸方向の噛み合いのずれを防ぐことができ、噛み合いが安定する。
このようにして、補助ホイール100の全ての歯103は、補助ホイール100の回転方向(正転方向及び逆転方向の両方)へ「ばね特性」を有した撓み変形が可能に構成される。歯103のばね特性とは、歯103に加わる荷重と、この荷重によって生じる歯103の撓み量とに、予め設定された一定の特性を有している(歯103自体が「ばねの機能」を有している)ことをいう。つまり、歯103は板バネと同等の機能を有する。
このような補助ホイール100は、あたかも、回転可能な円盤の外周面に対して、円盤の回転方向へ弾性変形が可能な多数の板バネを配列したようなものである。この多数の板バネは、補助ホイール100の歯103の役割を果たすことになる。
ここで、ウォーム80と各ホイール90,100の噛み合い関係の理解を容易にするために、ねじ山81及び歯93,103のことを、便宜的に次のように言うことにする。
図15(a),(c),(d)に示されるように、実際のねじ山81は連続した螺旋状の歯であるが、ここでは便宜的に、伝達用ホイール90の歯93に噛み合う3個の歯81のことを、図右側から左側へ順に第1歯81a、第2歯81b、第3歯81cと言う。
図15(a),(c)に示されるように、伝達用ホイール90の複数の歯93において、ねじ山81に噛み合う3個の歯93のことを、図右側から左側へ順に第1歯93a、第2歯93b、第3歯93cと言う。
また、図15(a),(d)に示されるように、補助ホイール100の複数の歯103において、ねじ山81に噛み合う3個の歯103のことを、図右側から左側へ順に第1歯103a、第2歯103b、第3歯103cと言う。第1歯103aの位相は、伝達用ホイール90の第1歯93aの位相に対応している。第2歯103bの位相は、伝達用ホイール90の第2歯93bの位相に対応している。第3歯103cの位相は、伝達用ホイール90の第3歯93cの位相に対応している。
補助ホイール100の複数の歯103は、補助ホイール100の回転方向へ「ばね特性」を有した撓み変形が可能に構成されている。このため、各々の歯103は、補助ホイール100の回転方向へ撓んだ状態でウォーム80の歯81に接することで、ウォーム80と伝達用ホイール90の少なくとも一方を、補助ホイール100の回転方向へ付勢することが可能である。つまり、複数の歯103は、ウォーム80と伝達用ホイール90の少なくとも一方を回転可能な構成である。詳しく述べると、補助ホイール100の複数の歯103の少なくとも1つは、常に補助ホイール100の回転方向へ撓んだ状態でウォーム80の歯81に接している。
例えば今、図15(a),(c)に示されるように、伝達用ホイール90の第1歯93aの左の歯面が、ウォーム80の第1歯81aの右の歯面に接している。このときに伝達用ホイール90の他の歯93、つまり第2歯93b及び第3歯93cは、ウォーム80のねじ山81に接していない。
この噛み合い状態において、図15(a),(d)に示されるように、補助ホイール100の第3歯103cの右の歯面が、ウォーム80の第2歯81bの左の歯面に弾性変形しつつ接している。このときに補助ホイール100の他の歯103、つまり第1歯103a及び第2歯103bは、ウォーム80のねじ山81に接していない。
このように、伝達用ホイール90の第1歯93aと補助ホイール100の第3歯103cとによって、ウォーム80のねじ山81を軸方向に挟み込んでいる。従って、複数の歯103は、回転方向へ撓んだ状態でウォーム80に接することによって、ウォーム80と伝達用ホイール90の少なくとも一方を、補助ホイール100の回転方向へ付勢する。この結果、ウォーム80の第1歯81aと伝達用ホイール90の第1歯93aとの間のバックラッシδ(隙間δ)を除去することができる。つまり、ウォーム80の歯81と伝達用ホイール90の歯93との間のバックラッシδを除去することができる。
この図15に示される噛み合い状態において、ウォーム80を正転(矢印R1方向に回転)させると、各ホイール90,100は正転(矢印Ra方向に回転)する。ウォーム80の歯81と伝達用ホイール90の歯93とは、上記バックラッシδが無い噛み合い状態を維持する。
図16(a)は、図15(c)に対応させて表している。図16(b)は、図15(d)に対応させて表している。図16(a)は、ウォーム80の歯81に伝達用ホイール90の歯93が全く接していない場合を示している。この場合には、ウォーム80の第1歯81aと伝達用ホイール90の第1歯93aとの間、及びウォーム80の第1歯81aと伝達用ホイール90の第2歯93bとの間には、バックラッシδを有している。しかし、図16(b)に示されるように、補助ホイール100の複数の歯103の少なくとも1つ、つまり第3歯103cは、補助ホイール100の回転方向へ撓んだ状態でウォーム80の第2歯81bに接している。
このため、少なくともウォーム80の歯81に伝達用ホイール90の歯93が接するまでは、補助ホイール100の複数の歯103の少なくとも1つは、補助ホイール100の回転方向へ撓んだ状態でウォーム80の歯81に接している。つまり、複数の歯103の少なくとも1つは、ウォーム80と伝達用ホイール90の少なくとも一方を、前記回転方向へ付勢する。この結果、ウォーム80の歯81と伝達用ホイール90の歯93との間のバックラッシの影響を確実に低減することができる。
図17(a)は、図15(c)に対応させて表している。図17(b)は、図15(d)に対応させて表している。ウォーム80を、図15に示されている正転状態から、図17に示される逆転(矢印R2方向に回転)に切り替えると、各ホイール90,100は逆転(矢印Rb方向に回転)する。この結果、ウォーム80の第1歯81aは、図15(a)に示す第1歯93aに噛み合っている(接していた)状態から、図17(a)に示す第2歯93bに噛み合う(接する)状態に切り替わる。しかし、この切り替わった時点では、図17(b)に示されるように、補助ホイール100の第3歯103cはウォーム80の第2歯81bに撓んだ状態で、まだ接している。
このように、ウォーム80を正転から逆転に切り替えることによって、逆転直前にウォーム80に噛み合っていた伝達用ホイール90の第1歯93aとは異なる第2歯93bに噛み合うまでの間には、補助ホイール100の第3歯103cは、補助ホイール100の回転方向へ撓んだ状態で歯81に接する。このため、ウォーム80を正転から逆転に切り替えた場合に、逆転したウォーム80の歯81は伝達用ホイール90の歯93に緩やかに接触する。歯81,93同士が当たることによる打音の発生を抑制することができる。
以上の説明から明らかなように、補助ホイール100の複数の歯103の少なくとも1つは、常に補助ホイール100の回転方向へ撓んだ状態でウォーム80の歯81に接している。このため、ウォーム80と伝達用ホイール90との間で、トルクの伝達が無いときには、複数の歯103の少なくとも1つは、ウォーム80と伝達用ホイール90の少なくとも一方を、前記回転方向へ付勢する。
例えば、ウォーム80から伝達用ホイール90にトルクが伝達されていないときに、伝達用ホイール90が外力により逆転されて、ウォーム80に当たる場合が有り得る。しかし、補助ホイール100の複数の歯103が、補助ホイール100の回転方向へ撓んだ状態でウォーム80の歯81に接している。このため、逆転した伝達用ホイール90の歯93は、ウォーム80の歯81に衝当することなく、緩やかに当たって噛合う。歯81,93同士が当たることによる打音の発生を防止することができる。さらには、ウォーム80から伝達用ホイール90にトルクが伝達されていないときに、伝達用ホイール90が外力により逆転されることを、ばね特性を有している歯103によって抑制し続ける。このため、ウォーム80の歯81と伝達用ホイール90の歯93との間のバックラッシの影響を確実に低減することができる。
さらには、ウォームギヤ機構44を長期間にわたって使用することにより、ウォーム80の歯81や伝達用ホイール90の歯93が摩耗して、バックラッシが増大しようとした場合であっても、補助ホイール100の複数の歯103が、補助ホイール100の回転方向へ撓んだ状態でウォーム80の歯81に接している。このため、バックラッシの調整作業をする必要はない。
以上の説明をまとめると、次の通りである。
ウォームギヤ機構44は、ウォーム80と、このウォーム80と負荷との間にトルクを伝達するための伝達用ホイール90と、ウォーム80の歯81と伝達用ホイール90の歯93との間のバックラッシを低減するための補助ホイール100とによって構成される。このため、伝達用ホイール90は、トルクを伝達する機能を有していればよいので、十分な強度を有するように容易に設計することが可能である。この結果、ウォームギヤ機構44の耐久性を容易に高めることができる。
ウォームギヤ機構44は、ウォーム80と、このウォーム80と負荷との間にトルクを伝達するための伝達用ホイール90と、ウォーム80の歯81と伝達用ホイール90の歯93との間のバックラッシを低減するための補助ホイール100とによって構成される。このため、伝達用ホイール90は、トルクを伝達する機能を有していればよいので、十分な強度を有するように容易に設計することが可能である。この結果、ウォームギヤ機構44の耐久性を容易に高めることができる。
さらに、補助ホイール100の複数の歯103は、補助ホイール100の回転方向へ「ばね特性」を有した撓み変形が可能に構成される。ばね特性を有して撓み変形が可能な、複数の歯103は、前記回転方向へ撓んだ状態でウォーム80に接することによって、ウォーム80と伝達用ホイール90の少なくとも一方を、前記回転方向へ付勢する。この結果、ウォーム80の歯81と伝達用ホイール90の歯93との間のバックラッシを低減することができる。
このように、補助ホイール100の複数の歯103自体が、ばね特性を有して撓み変形可能なので、バックラッシを低減するための別個の部品は必要ない。従って、バックラッシを低減するようにしたウォームギヤ機構44の構成を簡略化することができ、部品数を少なくすることができるとともに、組立工数を少なくすることができる。
さらには、電動パワーステアリング装置10において、電動モータ43で発生したトルクをステアリング系20に伝達する動力伝達機構として、バックラッシを除去したウォームギヤ機構44を採用したので、動力伝達機構44の耐久性を、より高めることができる。
さらには、ウォームギヤ機構44のバックラッシを除去することによって、ステアリングホイール21を操舵するときの歯81,93同士の打音の発生を、より抑制することができ、この結果、車室内の騒音を一層低減することができる。例えば、車両の直進走行時には、ウォーム80から伝達用ホイール90にトルクが伝達されない。この走行状態において、車両の走行振動の影響を受けて歯同士が当たって打音を発生することを、極力抑制することができる。
さらには、ウォームギヤ機構44のバックラッシを除去することによって、ウォーム80に対する伝達用ホイール90の良好な噛合い状態を維持することができる。このため、ステアリングホイール21を切り返し操作したときに、ウォームギヤ機構44からステアリング系20に補助トルクが伝達される時間遅れの発生を抑制することができる。さらには、バックラッシを除去したので、ウォーム80によって伝達用ホイール90を回転させた場合に、歯81,93同士が衝当することなく、緩やかに当たって噛合うので、ステアリングホイール21の切り返し作動を良好にすることができる。このようなことから、電動パワーステアリング装置10の操舵感覚(操舵フィーリング)を、より高めることができる。
なお、本発明では、ウォームギヤ機構44は斜交軸ウォームギヤ機構に限定されるものではなく、ウォーム80と伝達用ホイール90との軸角が90°であってもよい。
また、伝達用ホイール90の合わせ面94と補助ホイール100との、少なくとも一方には掛け爪部121を有するとともに、他方には掛け爪部121を掛け止めるための掛け止め部131を有していればよい。
また、伝達用ホイール90の合わせ面94と補助ホイール100との、少なくとも一方には掛け爪部121を有するとともに、他方には掛け爪部121を掛け止めるための掛け止め部131を有していればよい。
本発明のウォームギヤ機構44は、ステアリングホイール21で発生した操舵トルクを操舵トルクセンサ41にて検出し、この操舵トルクセンサ41の検出信号に応じて電動モータ43が補助トルクを発生し、この補助トルクをウォームギヤ機構44を介してステアリング系20に伝える車両用電動パワーステアリング装置10に好適である。
10…電動パワーステアリング装置、20…ステアリング系、21…ステアリングホイール、29…操舵車輪、43…電動モータ、44…ウォームギヤ機構、80…ウォーム、81…歯、90…トルク伝達用ウォームホイール、93…歯、94…合わせ面、100…補助ウォームホイール、103…歯、104…合わせ面、105…非合わせ面、110…位置決め部、111…位置決め凹部、112…位置決め凸部、113…長溝、121…掛け爪部、122…アーム、123…爪部、131…掛け止め部、132…貫通孔、133…貫通孔を形成する円弧状の縁、134…傾斜面、134a…傾斜始点、134b…傾斜終点、135…第1貫通孔、136…第2貫通孔、CL…トルク伝達用ウォームホイールの回転中心線(補助ウォームホイールの回転中心線)、WL…ウォームの回転中心線。
Claims (12)
- ウォームと、このウォームに噛み合うトルク伝達用ウォームホイールと、このトルク伝達用ウォームホイールに設けられる補助ウォームホイールとからなるウォームギヤ機構であって、
前記補助ウォームホイールは、前記トルク伝達用ウォームホイールの回転中心線と同心に位置するとともに、前記ウォームに噛み合う複数の歯を有しており、
この複数の歯は、前記補助ウォームホイールの回転方向へ、ばね特性を有した撓み変形が可能に構成されることにより、前記補助ウォームホイールの回転方向へ撓んだ状態で前記ウォームに接することで、前記ウォームと前記トルク伝達用ウォームホイールの少なくとも一方を回転可能な構成であることを特徴とするウォームギヤ機構。 - 前記ウォームの歯に前記トルク伝達用ウォームホイールの歯が接していないときには、前記補助ウォームホイールの複数の歯の少なくとも1つは、前記補助ウォームホイールの回転方向へ撓んだ状態で前記ウォームの歯に接していることを特徴とする請求項1記載のウォームギヤ機構。
- 前記複数の歯の少なくとも1つは、常に前記補助ウォームホイールの回転方向へ撓んだ状態で前記ウォームの歯に接していることを特徴とする請求項1記載のウォームギヤ機構。
- 前記ウォームを正転から逆転に切り替えることによって、逆転直前に前記ウォームに噛み合っていた前記トルク伝達用ウォームホイールの歯とは異なる歯に噛み合うまでの間には、前記複数の歯は、前記補助ウォームホイールの回転方向へ撓んだ状態で前記ウォームに接することを特徴とする請求項1記載のウォームギヤ機構。
- 前記補助ウォームホイールは、前記複数の歯を含めて全体が樹脂によって一体に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項記載のウォームギヤ機構。
- 前記補助ウォームホイールは、前記トルク伝達用ウォームホイールに重ね合わされるとともに、互いの合わせ面に設けられた位置決め部によって位置決めされて、取り付けられる部品であり、
前記位置決め部は、前記補助ウォームホイールの前記合わせ面と前記トルク伝達用ウォームホイールの前記合わせ面とのいずれか一方に形成された位置決め凹部と、前記補助ウォームホイールの前記合わせ面と前記トルク伝達用ウォームホイールの前記合わせ面とのいずれか他方に形成されて前記位置決め凹部に嵌め込み可能な位置決め凸部とからなることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項記載のウォームギヤ機構。 - 前記位置決め凹部が位置している方の前記合わせ面は、前記回転中心線を基準とした円弧状の長溝を有しており、
前記位置決め凹部は、前記長溝の一部に位置し、
前記位置決め凸部は、前記長溝に嵌め込まれることにより、この長溝に沿って移動しながら前記位置決め凹部に位置することが可能であることを特徴とする請求項6記載のウォームギヤ機構。 - 前記トルク伝達用ウォームホイールの前記合わせ面と前記補助ウォームホイールとの、少なくとも一方には前記回転中心線に沿って延びた掛け爪部を有するとともに、他方には前記掛け爪部を掛け止めるための掛け止め部を有し、
前記掛け爪部が前記掛け止め部に掛け止められることにより、前記補助ウォームホイールは前記トルク伝達用ウォームホイールに取り付けられることを特徴とする請求項6又は請求項7記載のウォームギヤ機構。 - 前記掛け爪部は、前記トルク伝達用ウォームホイールの前記合わせ面から前記回転中心線に沿って前記補助ウォームホイールに向かうように延びたアームと、このアームの先端から前記トルク伝達用ウォームホイールの前記合わせ面に沿うように突出した爪部とからなり、
前記掛け止め部は、前記回転中心線に沿って前記補助ウォームホイールを貫通した、前記回転中心線を基準とする円弧状の貫通孔と、この貫通孔を形成する円弧状の縁に沿って前記補助ウォームホイールの非合わせ面に形成された傾斜面とからなり、
前記貫通孔は、前記アーム及び前記爪部が同時に挿通可能な第1貫通孔と、この第1貫通孔に連なるとともに前記アームだけが貫通可能な第2貫通孔とからなり、
前記傾斜面は、前記第1貫通孔と前記第2貫通孔との境界を、前記補助ウォームホイールの前記非合わせ面から最も深い傾斜始点とし、この傾斜始点から前記第2貫通孔に沿いつつ前記補助ウォームホイールの前記非合わせ面まで傾斜しながら延び、この延びた傾斜端を前記非合わせ面に連なった傾斜終点としており、
前記爪部は、前記アームと共に前記第1貫通孔を挿通された後に、前記補助ウォームホイールに対して前記回転中心線を基準に相対的に回されることで、前記傾斜面に案内されながら前記非合わせ面に位置したときに、この非合わせ面に弾性を有して掛け止められる構成であることを特徴とする請求項8記載のウォームギヤ機構。 - 前記爪部が前記非合わせ面に掛け止められたときに、前記位置決め凸部は前記位置決め凹部に位置する構成であることを特徴とする請求項9記載のウォームギヤ機構。
- 前記トルク伝達用ウォームホイールと前記アームと前記爪部とを樹脂で一体に成形し、
前記爪部は、前記アームから前記回転中心線に向かって突出していることを特徴とする請求項9又は請求項10記載のウォームギヤ機構。 - 請求項1から請求項11までのいずれか1項のウォームギヤ機構と、車両のステアリングホイールから操舵車輪に至るステアリング系と、トルクを発生するとともにこのトルクを前記ウォームギヤ機構を介して前記ステアリング系に伝える電動モータと、を備えたことを特徴とするウォームギヤ機構を搭載した電動パワーステアリング装置。
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